سیاه و سفیدِ رنگی

واقیعت عکس‌های رنگارنگ از آسمان شب این روایت را بارها از دوستانم شنیده‌ام که خاطره نخستین برخوردشان با آسمان از پشت تلسکوپ بیش از آن که شیرین باشد، ناامیدکننده و عجیب بوده! اما چرا؟تصور آن‌ها از دنیای ورای تلسکوپ چیزی شبیه به والپیپرهای گلکسی بود! در حالی که آنچه که تقریبا در اکثر موارد با تلسکوپ‌ می‌توان دید، تصویری سیاه و سفید، گاهی محو و کمرنگ از جرمی آسمانی است.با این حساب ماجرای تصاویر پر از رنگ و پر از جزییات شگفت انگیز از آسمان شب چیست؟ واقعا آسمانی با این کیفیت آن بیرون در دوردست ها منتظر نگاه ماست؟بیایید ابتدا کمی ابزار بینایی خودمان را بشناسیم و سپس سراغ روش تصویربرداری دانشمندان از فضا برویم.بینایی انسانکل نوری که ما در جهان می‌بینم نواری باریک، طبق شکل زیر است. این فقط قسمتی از چیزی است که در آن بیرون است. بیشتر فرکانس‌های نور در واقع برای ما غیر قابل دیدن هستند. این بخش را به عنوان طیف مرئی می‌شناسیم که شامل رنگ قرمز در فرکانس پایین و بنفش در فرکانس بالای آن است.طیف نوردلیل این که می‌توانیم این طیف را ببینیم این است که سلول‌های عصبی داخل چشم ما به نام سلول‌های مخروطی، وظیفه تفسیر شدت نور برگشتی به چشم از سطوح اشیا را به عهده دارند.سلول‌های عصبی چشم ما شامل دو نوع مخروطی و استوانه‌ای است. سلول‌های استوانه‌ای به ما اجازه می‌دهند که در نور خیلی کم هم بتوانیم ببینیم در حالی که به رنگ‌ها واکنش نشان نمی‌دهند. از طرفی سلول‌های مخروطی می‌توانند رنگ‌ها را ببینند ولی در محیط‌های تاریک کار نمی‌کنند.پس در محیط تاریک، سلول‌های مخروطی توانایی خود را از دست می‌دهند در حالی که سلول‌های استوانه‌ای به نور کم موجود واکنش نشان می‌دهند. از آنجایی که این سلول‌های نمی‌توانند رنگ را تشخیص دهند، همه چیز تا حدی سیاه و سفید دیده می‌شود. به این ترتیب روشن است که ما با چشمانمان یا با تلسکوپ های معمول نمی توانیم رنگ قابل توجهی را در آسمان تاریک شب بینیم. (یک بار دیگر در ذهنتان مرور کنید و حالا بگویید اگر سلول های عصبی مان چطور بودند آسمان شب رنگی بود؟) نکته دیگری که دانستن آن برای ادامه بحث لازم است این است که سلول های مخروطی نیز سه نوع هستند که به طول موج‌های بلند، متوسط و کوتاه نور حساسند. این سلول‌ها به ترتیب منطبق با نورهای قرمز، سبز و آبی از طیف مرئی هستند. هر رنگ دیگری، از ترکیب این سه رنگ می‌‌تواند ایجاد شود. با الهام از ساز و کار این سلول ها، این نوع ترکیب رنگ، قانونی برای رنگ‌آمیزی تصاویر سیاه و سفید و تفسیر آنها است. (اگر ماجرا کمی گنگ شده توقف نکنید، بیایید و مثال را در ادامه دنبال کنیم)اضافه کردن رنگعکس زیر مثالی معروف در رنگ‌آمیزی تصاویر است. این تصویر در واقع ترکیب سه عکس سیاه و سفید است که با هم ترکیب شده است. یک شیمی‌دان روسی سه تصویر از این فرد با سه فیلتر از سه رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی گرفته است.اولین تصویر از سمت چپ به گونه‌ای است که فیلتر آن فقط به رنگ قرمز، فیلتر تصویر دوم دیگر فقط به رنگ سبز و فیلتر سوم فقط به رنگ آبی اجازه عبور می‌دهد. میزان روشنایی در این تصاویر، نشانگر شدت بیشتر رنگ متناظر با فیلتر در واقعیت است. (برای مثال می بینیم که رنگ غالب در لباس این آقای بانمک آبی است و بالطبع لباس در تصویر سوم که اجازه عبور رنگ آبی را بیش از همه می دهد، روشن تر نمودار شده!)رنگ‌های باند پهنحال که با ایده اصلی کار آشنا شدیم به سراغ فضا می‌رویم. تلسکوپ هابل از سال 1990 تا به حال در حال گردش به دور زمین است و توانسته است به عنوان چشم انسان در فضا عمل کند. هر تصویر هابل از یک تصویر سیاه و سفید شروع می‌شود. بله! تمامی عکس های فوق العاده ای که به نام هابل منتشر می شوند از داده های ارسالی سیاه و سفید به دست آمده اند.دلیل این مساله آن است که عملکرد اصلی هابل بر مبنای اندازه‌گیری شدت نورِ بازتاب شده از اجرام آسمانی است و داده ضبط شده به صورت سیاه و سفید است. در واقع هابل هیچ تصویر رنگی برای ما نمی گیرد. رنگ‌ها در ادامه به آن اضافه می‌شوند. امروزه به راحتی با استفاده از نرم‌افزارهای کامپیوتری مانند فوتوشاپ می‌توان این تصاویر سیاه و سفید را با هم ترکیب کرد و با توجه به فیلتر مورد استفاده در هنگام عکس برداری یک تصویر رنگی نهایی از روی آن‌ها بدست آورد.به عنوان مثال تصویر زحل را در نظر بگیریم.تصویر زحلدر هنگام تصویر برداری، فیلترها نور را به سه طول موج بلند، متوسط و کوتاه تقسیم می‌کنند.به هر تصویر سیاه و سفید یک رنگ متناسب با فیلتر آن اختصاص می‌دهند.ترکیب این تصاویر باعث تشکیل تصویر رنگی کامل می‌شود. این همان تصویری است که اگر چشم شما به اندازه تلسکوپ هابل قدرتمند بود دقیقا به همین رنگ می‌توانست ببیند.رنگ‌های باند باریکدیدن یک شی مانند آن چه که در واقعیت چشم ما می‌توانست ببیند، تنها کاربرد استفاده از رنگ آمیزی تصاویر نیست. دانشمندان همچنین از این روش‌ها برای ترسیم نحوه تعامل گازها در شکل‌گیری کهکشان‌ها و سحابی‌ها استفاده می‌کنند.تلسکوپ هابل می‌تواند باندهای خیلی باریک از نور که ازواقیعت عکس‌های رنگارنگ از آسمان شب این روایت را بارها از دوستانم شنیده‌ام که خاطره نخستین برخوردشان با آسمان از پشت تلسکوپ بیش از آن که شیرین باشد، ناامیدکننده و عجیب بوده! اما چرا؟تصور آن‌ها از دنیای ورای تلسکوپ چیزی شبیه به والپیپرهای گلکسی بود! در حالی که آنچه که تقریبا در اکثر موارد با تلسکوپ‌ می‌توان دید، تصویری سیاه و سفید، گاهی محو و کمرنگ از جرمی آسمانی است.با این حساب ماجرای تصاویر پر از رنگ و پر از جزییات شگفت انگیز از آسمان شب چیست؟ واقعا آسمانی با این کیفیت آن بیرون در دوردست ها منتظر نگاه ماست؟بیایید ابتدا کمی ابزار بینایی خودمان را بشناسیم و سپس سراغ روش تصویربرداری دانشمندان از فضا برویم.بینایی انسانکل نوری که ما در جهان می‌بینم نواری باریک، طبق شکل زیر است. این فقط قسمتی از چیزی است که در آن بیرون است. بیشتر فرکانس‌های نور در واقع برای ما غیر قابل دیدن هستند. این بخش را به عنوان طیف مرئی می‌شناسیم که شامل رنگ قرمز در فرکانس پایین و بنفش در فرکانس بالای آن است.طیف نوردلیل این که می‌توانیم این طیف را ببینیم این است که سلول‌های عصبی داخل چشم ما به نام سلول‌های مخروطی، وظیفه تفسیر شدت نور برگشتی به چشم از سطوح اشیا را به عهده دارند.سلول‌های عصبی چشم ما شامل دو نوع مخروطی و استوانه‌ای است. سلول‌های استوانه‌ای به ما اجازه می‌دهند که در نور خیلی کم هم بتوانیم ببینیم در حالی که به رنگ‌ها واکنش نشان نمی‌دهند. از طرفی سلول‌های مخروطی می‌توانند رنگ‌ها را ببینند ولی در محیط‌های تاریک کار نمی‌کنند.پس در محیط تاریک، سلول‌های مخروطی توانایی خود را از دست می‌دهند در حالی که سلول‌های استوانه‌ای به نور کم موجود واکنش نشان می‌دهند. از آنجایی که این سلول‌های نمی‌توانند رنگ را تشخیص دهند، همه چیز تا حدی سیاه و سفید دیده می‌شود. به این ترتیب روشن است که ما با چشمانمان یا با تلسکوپ های معمول نمی توانیم رنگ قابل توجهی را در آسمان تاریک شب بینیم. (یک بار دیگر در ذهنتان مرور کنید و حالا بگویید اگر سلول های عصبی مان چطور بودند آسمان شب رنگی بود؟) نکته دیگری که دانستن آن برای ادامه بحث لازم است این است که سلول های مخروطی نیز سه نوع هستند که به طول موج‌های بلند، متوسط و کوتاه نور حساسند. این سلول‌ها به ترتیب منطبق با نورهای قرمز، سبز و آبی از طیف مرئی هستند. هر رنگ دیگری، از ترکیب این سه رنگ می‌‌تواند ایجاد شود. با الهام از ساز و کار این سلول ها، این نوع ترکیب رنگ، قانونی برای رنگ‌آمیزی تصاویر سیاه و سفید و تفسیر آنها است. (اگر ماجرا کمی گنگ شده توقف نکنید، بیایید و مثال را در ادامه دنبال کنیم)اضافه کردن رنگعکس زیر مثالی معروف در رنگ‌آمیزی تصاویر است. این تصویر در واقع ترکیب سه عکس سیاه و سفید است که با هم ترکیب شده است. یک شیمی‌دان روسی سه تصویر از این فرد با سه فیلتر از سه رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی گرفته است.اولین تصویر از سمت چپ به گونه‌ای است که فیلتر آن فقط به رنگ قرمز، فیلتر تصویر دوم دیگر فقط به رنگ سبز و فیلتر سوم فقط به رنگ آبی اجازه عبور می‌دهد. میزان روشنایی در این تصاویر، نشانگر شدت بیشتر رنگ متناظر با فیلتر در واقعیت است. (برای مثال می بینیم که رنگ غالب در لباس این آقای بانمک آبی است و بالطبع لباس در تصویر سوم که اجازه عبور رنگ آبی را بیش از همه می دهد، روشن تر نمودار شده!)رنگ‌های باند پهنحال که با ایده اصلی کار آشنا شدیم به سراغ فضا می‌رویم. تلسکوپ هابل از سال 1990 تا به حال در حال گردش به دور زمین است و توانسته است به عنوان چشم انسان در فضا عمل کند. هر تصویر هابل از یک تصویر سیاه و سفید شروع می‌شود. بله! تمامی عکس های فوق العاده ای که به نام هابل منتشر می شوند از داده های ارسالی سیاه و سفید به دست آمده اند.دلیل این مساله آن است که عملکرد اصلی هابل بر مبنای اندازه‌گیری شدت نورِ بازتاب شده از اجرام آسمانی است و داده ضبط شده به صورت سیاه و سفید است. در واقع هابل هیچ تصویر رنگی برای ما نمی گیرد. رنگ‌ها در ادامه به آن اضافه می‌شوند. امروزه به راحتی با استفاده از نرم‌افزارهای کامپیوتری مانند فوتوشاپ می‌توان این تصاویر سیاه و سفید را با هم ترکیب کرد و با توجه به فیلتر مورد استفاده در هنگام عکس برداری یک تصویر رنگی نهایی از روی آن‌ها بدست آورد.به عنوان مثال تصویر زحل را در نظر بگیریم.تصویر زحل برای چشم انساندر هنگام تصویر برداری، فیلترها نور را به سه طول موج بلند، متوسط و کوتاه تقسیم می‌کنند.به هر تصویر سیاه و سفید یک رنگ متناسب با فیلتر آن اختصاص می‌دهند.ترکیب این تصاویر باعث تشکیل تصویر رنگی کامل می‌شود. این همان تصویری است که اگر چشم شما به اندازه تلسکوپ هابل قدرتمند بود دقیقا به همین رنگ می‌توانست ببیند.رنگ‌های باند باریکدیدن یک شی مانند آن چه که در واقعیت چشم ما می‌توانست ببیند، تنها کاربرد استفاده از رنگ آمیزی تصاویر نیست. دانشمندان همچنین از این روش‌ها برای ترسیم نحوه تعامل گازها در شکل‌گیری کهکشان‌ها و سحابی‌ها استفاده می‌کنند.تلسکوپ هابل می‌تواند باندهای خیلی باریک از نور را ،که از هر عنصر خاص مانند اکسیژن ساطع می‌شود، ثبت کند. می‌توان از رنگ‌ها برای حضور یا عدم حضور این عناصر استفاده کرد.یکی از اصلی‌ترین کاربردهای فیلتر باند باریک مجزاسازی نور ساطع شده از هیدروژن، گوگرد و اکسیژن است. این سه عنصر، عناصر اصلی ستارگان می‌باشند.برای نمونه طیف عناصر اصلی تصویر سحابی عقاب که توسط هابل گرفته شده به صورت زیر است.نور ساطع شده از عناصر هیدروژن و گوگرد تقریبا به رنگ قرمز و اکسیژن به رنگ مایل به آبی است. ترکیب این 3 تصویر به شکل زیر خواهد بود.برای رنگی‌تر کردن تصویر و استفاده از تمام پهنای باند مرئی برای چشممان و همچنین مجزا کردن گوگرد از هیدروژن، دانشمندان از جابجایی طیف استفاده می‌کنند. به گونه‌ای که به این سه عنصر به ترتیب سه رنگ قرمز، سبز و آبی اختصاص می‌دهند و در واقع رنگ ها نمادین خواهند بود.از ترکیب این سه تصویر، تصویر نهایی سحابی عقاب بدست می‌آید.رنگ‌های نمادینتلسکوپ هابل می‌تواند علاوه بر تصاویر رنگی، از طیف نامرئی شامل مادون قرمز و فرابنفش نیز عکس‌برداری کند. برای آن که این مساله کمی به ذهنمان نزدیک شود بیایید یک آزمایش ساده انجام دهیم؛ یک کنترل تلویزیون را در مقابل لنز دوربین گوشی همراهتان در حالت عکاسی قرار دهید، به طوری که لنز دوربین را نشانه برود (انگار می خواهید به جای تلویزیون لنز دوربین را روشن کنید) و سپس یک دکمه‌اش را فشار دهید. مشاهده کردید؟ این نوری که از پشت دوربین می بینید در واقع پرتوی مادون قرمز است که با چشم دیده نمی شود اما توسط حسگر دوربین شما ثبت و تفسیر شده است. پهنای تصویربرداری تلسکوپ هابلبه هابل بازگردیم. به عنوان مثال تصویر حاصل از نورهای مادون قرمز سیاره زحل به شکل زیر است.با جابجایی طیف آن و تبدیل به طیف رنگی، تصاویر به صورت زیر تغییر می‌کنند.تصویر نهایی حاصل از ترکیب این سه تصویر به صورت زیر است.در واقع اگر چه در این روش استفاده از رنگ، رنگ‌های واقعی برای چشم انسان نشان داده نمی شود اما با این روش می‌توان ترکیبات شیمیایی اجرام آسمانی را به راحتی به تصویر کشید. این روش به دانشمندان کمک می‌کند تا بتوانند تشخیص دهند چگونه گازها با هم تعامل می‌کنند و به اطلاعات با ارزش و حیاتی دست یابند. پس آیا این تصاویر رنگی رنگی غیر واقعی هستند؟ هم بله و هم خیر! اگرچه این تصاویر دقیقا همان چیزی نیست که چشم ما انتظار دیدنشان را دارد ولی تصاویر ساختگی و مصنوعی هم به شمار نمی‌روند. کافی است از این به بعد اطلاعات پیوست به هر تصویر فضایی را ابتدا مرور کنیم تا شناخت درستی از آن پیدا کنیم.این بود روایتی از تصاویری که می توانید در سایت های فضایی مانند ناسا به آن ها دسترسی داشته باشید و لذت ببرید؛ اما اگر خواستید در شب به آسمان نگاهی بیاندازید دانستن این نکته جالب‌ است که در محیط‌های تاریک شما از گوشه‌های چشم می‌توانید تصاویر واضح‌تری ببینید (به این دلیل که سلول‌های استوانه‌ای بیشتر در گوشه‌های چشم قرار دارند). از این رو دفعه بعد که به آسمان شب نگاه انداختید، امتحان کنید که با نگاه از گوشه چشمتان شاید رنگ بسیار ناچیزی را تشخیص دهید اما تصویر مبهم اجرامی مثل خوشه پروین واضح تر خواهد شد. رصد خوبی داشته باشید!منابع:www.vox.comwww.space.comwww. indianapublicmedia.org هر عنصر خاص مانند اکسیژن ساطع می‌شود را ثبت کند. می‌توان از رنگ‌ها برای حضور یا عدم حضور این عناصر استفاده کرد.یکی از اصلی‌ترین کاربردهای فیلتر باند باریک مجزاسازی نور ساطع شده از هیدروژن، گوگرد و اکسیژن است. این سه عنصر، عناصر اصلی ستارگان می‌باشند.برای نمونه طیف عناصر اصلی تصویر سحابی عقاب که توسط هابل گرفته شده به صورت زیر است.عناصر هیدروژن و گوگرد تقریبا به رنگ قرمز و اکسیژن به رنگ مایل به آبی است. ترکیب این 3 تصویر به شکل زیر خواهد بود.برای رنگی‌تر کردن تصویر و استفاده از تمام پهنای باند مرئی و همچنین مجزا کردن گوگرد از هیدروژن، دانشمندان از جابجایی طیف استفاده می‌کنند. به گونه‌ای که به این سه عنصر به ترتیب سه رنگ قرمز، سبز و آبی اختصاص می‌دهند و در واقع رنگ ها نمادین خواهند بود.از ترکیب این سه تصویر، تصویر نهایی سحابی عقاب بدست می‌آید.رنگ‌های نمادینتلسکوپ هابل می‌تواند علاوه بر تصاویر رنگی، از طیف نامرئی شامل مادون قرمز و فرابنفش نیز عکس‌برداری کند. برای آن که این مساله کمی به ذهنمان نزدیک شود بیایید یک آزمایش ساده انجام دهیم؛ یک کنترل تلویزیون را در مقابل لنز دوربین گوشی همراهتان در حالت عکاسی قرار دهید، به طوری که لنز دوربین را نشانه برود (انگار می خواهید به جای تلویزیون لنز دوربین را روشن کنید) و سپس یک دکمه‌اش را فشار دهید. مشاهده کردید؟ این نوری که از پشت دوربین می بینید در واقع پرتوی مادون قرمز است که با چشم دیده نمی شود اما توسط حسگر دوربین شما ثبت و تفسیر شده است. به هابل بازگردیم. به عنوان مثال تصویر حاصل از نورهای مادون قرمز سیاره زحل به شکل زیر است.با جابجایی طیف آن و تبدیل به طیف رنگی، تصاویر به صورت زیر تغییر می‌کنند.تصویر نهایی حاصل از ترکیب این سه تصویر به صورت زیر است.در واقع اگر چه این روش استفاده از رنگ، رنگ‌های واقعی را نشان نمی‌دهد ولی با این روش می‌توان ترکیبات شیمیایی اجرام آسمانی را به راحتی به تصویر کشید. این روش به دانشمندان کمک می‌کند تا بتوانند ببینند که چگونه گازها با هم تعامل می‌کنند و می‌توان به اطلاعات با ارزش و حیاتی دست یافت. پس آیا این تصاویر غیر واقعی هستند؟ هم بله و هم خیر! اگرچه این تصاویر دقیقا همان چیزی نیست که چشم ما انتظار دیدنشان را دارد ولی تصاویر ساختگی و مصنوعی هم به شمار نمی‌روند.این روایتی از تصاویری که می توانید در سایت های فضایی به آن ها دسترسی داشته باشید اما اگر خواستید در شب به آسمان نگاهی بیاندازید دانستن این نکته جالب‌ است که در محیط‌های تاریک شما از گوشه‌های چشم می‌توانید تصاویر واضح‌تری ببینید (به این دلیل که سلول‌های استوانه‌ای بیشتر در گوشه‌های چشم قرار دارند).از این رو دفعه بعد که به آسمان شب نگاه انداختید، شاید رنگ بسیار ناچیزی را تشخیص دهید اما تصویرشان با نگاه از گوشه چشم نسبت به نگاه مستقیم واضح تر خواهد بود. رصد خوبی داشته باشید!منابع:www.vox.comwww.space.comwww. indianapublicmedia.org